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생명과학은 21세기 들어 비약적으로 발전했지만 뇌 과학은 여전히 미지의 분야이다. 그간 뇌 과학 연구의 기본은 뉴런이다. 뉴런은 신경계의 단위로 자극, 흥분을 전달한다. 신경세포체(soma)와 동일한 의미로 사용되기도 하고, 신경세포체와 거기서 나온 돌기를 합친 개념으로 사용하기도 한다.
뉴런은 현대 신경생물학에 큰 발전을 가져다줬지만 현재는 뉴런만으로 모든 신경계를 설명할 수 없다는 의견이 있으며, 이에 한계가 있다는 점이 많은 지지를 받고 있다. 뉴런이란 이름이 붙여진 것은 대략 1881년경이다. 뉴런은 인체를 구성하고 있는 여파의 세포와는 다른 특징을 갖고 있어 뉴런이라는 특별한 이름을 갖게 됐다.
뉴런, 축색-수상돌기 시냅스 통해 신호전달
뉴런은 세포체와 거기에서 뻗어 나온 축색(Axon)과 수상돌기(Dendrite)라는 돌기를 갖고 있다. 이들 돌기를 매체로 정보를 주고받으며 뇌의 기본적인 기능을 수행한다. 우리가 물체와의 접촉 등을 통해 자극을 받으면 이 자극은 감각기관에서 전기적 신호로 뉴런에 전해진다.
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일반가정에서 전기신호가 전달되기 위해서는 전기선이 필요하듯 신경계도 전기선을 갖고 있다. 이 전기선이 제대로 전기를 전달하기 위해 감싸고 있는 절연체를 마이엘린 수초(myelin sheath)라고 일컫는다.
마이엘린 수초 안에는 전기신호를 전달하는 축색이라는 전기선이 있다. 축색의 끝부분을 시냅스(synapse)라고 한다. 신경계에서 신호전달은 뉴런 내에서는 전위차로 이뤄지지만 뉴런과 뉴런 사이에서는 시냅스를 통한 신경전달물질로 이뤄진다.
글리아, 뉴런 영양분 공급 등 가정주부 역할 인식
전기적 신호를 만들어내는 뉴런 이외에 전기신호를 만들어내지 않으면서 뇌세포의 85%를 구성하고 있는 또 다른 뇌세포를 글리아(Glia)라고 일컫는다. 글리아는 그간 뉴런을 보조하는 세포로 간주됐다.
이를테면 뉴런에 영양분을 제공하고 뇌손상에 반응하며 신호전달과정에서 부산물로 남는 신경전달물질을 청소하는 등 이른바 ‘가정주부’ 역할이다. 가정주부 역할은 뉴런의 학습, 인지, 기억 등의 역할에 비해 상대적으로 부차적인 기능으로 인식돼 그간 글리아는 신경과학계에서 큰 주목을 받지 못했다.
이런 가운데 과학저널 ‘사이언스’는 11월5일자 ‘Current Issue’란에 글리아의 기능을 조명하면서 글리아 연구에 대한 새로운 시각을 제시했다. 글리아는 그 기능에 따라 크게 3가지 세포로 나눠진다. 성상교세포(Astrocyte), 올리고덴드로사이트(oligodendrocyte), 마이크로글리아(microglia)가 바로 그들이다.
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성상교세포(Astrocyte)는 별 모양처럼 생긴 외형에서 이름이 유래했다. 뉴런과 뉴런 사이의 공간을 채우며 기본적으로 뉴런에 에너지를 제공한다. 성상교세포는 뉴런이 생존하고 전기적 파장을 만들며 시냅스를 통해 신호를 전달할 있도록 뉴런 주위의 화학적 환경을 조성한다.
성상교세포는 최근 시냅스 생성, 성숙 등에 관여한다는 점이 밝혀지면서 주목을 받기 시작했다. 성상교세포는 신경전달물질을 수용할 수 있는 수용체를 갖고 있어 시냅스에서 전달되는 신경전달물질에 반응할 수 있다. 성상교세포는 다른 성상교세포와 서로 신호를 전달받으며 뉴런 사이의 정보전달을 조절하기 위해 멀리 떨어진 시냅스로부터의 신경전달물질도 주고받을 수 있다.
성상교세포, 신경전달물질 분비 조절
미 메사추세츠대 마크 프리먼(Marc Freeman) 교수는 “시냅스의 신경전달물질 농도를 조절할 수 있는 성상교세포의 기능은 정신질환 치료의 새로운 대안이 될 수 있다”고 말했다. 현재 개발된 거의 모든 정신질환 치료제는 신경전달물질의 분비량을 조절하는 것이 기본 원리이다. 그런데 바로 이 정신질환 치료제가 하고 있는 신경전달물질의 조절 기능은 기실 성상교세포의 입장에서는 일반적인 일이기 때문이다.
마이크로글리아는 뇌의 면역세포로 불린다. 인체에서 특이하게도 뇌는 뇌의 특이성으로 혈액으로부터 격리돼있는 구조를 갖고 있다. 뇌와 혈액 사이에는 일종의 벽이 형성돼 있으며 이 벽은 혈액과 뇌사이의 자유로운 세포 이동을 방지한다. 때문에 외부의 적으로부터 인체를 방어하는 면역세포의 출입도 통제된다.
이런 이유로 뇌는 특별한 면역세포를 갖도록 진화했는데 마이크로글리아가 바로 그러한 역할을 담당한다. 마이크로글리아는 세균을 찾아내서 죽이는 역할을 하며 뇌손상으로부터 뇌를 치유하는 기능을 한다. 마이크로글리아는 뇌질환과 치유에 직접적으로 관여하는 뇌의 개인 친위부대인 셈이다.
마이크로글리아, 신경회로 복구 과정 참여 가능성
호주 시드니대 마누엘 그래버(Manuel Graeber) 교수는 “알츠하이머와 같은 뇌질환에서 마이크로글리아가 복구과정에 참여한다는 점은 정상 뇌의 신경회로에서 마이크로글리아가 비슷한 방식으로 복구과정에 참여할 수도 있다는 점을 의미한다”고 말했다.
마이엘린은 신경전달과정에서 절연체 역할을 한다. 뉴런은 축색, 수상돌기 등 신경섬유를 통해 매우 빠른 속도로 전기신호를 전달하는데 이 전기신호 전달과정에 마이엘린이 중요한 역할을 한다. 초기 액손이 마이엘린으로 둘러싸이게 되면 신경섬유를 통한 전기신호 전달의 속도는 대략 50배 이상 증가한다.
뇌와 척수로 이뤄진 중추신경계에서 마이엘린은 문어모양으로 축색 주위를 150겹으로 둘러싸고 있다. 뇌의 어떤 영역은 마이엘린으로 절연된 수백만의 축색으로 구성돼있다. 이 마이엘린이 뇌를 하얗게 둘러싸고 있다고 해서 뇌의 이 부분을 특별히 ‘백질’이라고 부른다. 뇌 조직은 크게 백질과 회질로 구성돼있다.
전통적으로 마이엘린 연구는 다발성 경화증과 같은 탈수초성 질환에 초점이 모아졌다. 하지만 최근의 뇌 이미지 연구 및 마이엘린이 축색의 전기신호를 감지한다는 연구보고는 학습 과정에서 백질이 변한다는 점을 밝혔다. 백질변화는 새로운 기술을 학습한 이후 뇌 이미지를 통해 확인할 수 있다. 예를 들어 컴퓨터 게임을 한다든가 골프를 배운다든지 독서, 피아노 등의 활동 등이다.
올리고덴드로사이트, 다발성 경화증 치료 정신질환 새 비전 제시
인간의 뇌와 관련해 놀라운 일 중 하나는 아이 때부터, 사춘기, 그리고 매우 느린 속도로 성인 초기까지 마이엘린을 지속적으로 만든다는 점이다. 50세 이후 마이엘린은 자연스런 노화과정에 따라 인지기능이 점차 퇴보하는 것에 보조를 맞춰 점점 소멸되기 시작한다. 메릴랜드대 R 더글라스 필드(R Douglas Fields) 교수는 “마이엘린 연구를 통해 시냅스 이면의 신경전달과정에 대해 대한 새로운 성과를 기대할 수 있을 것”으로 전망했다.
말초신경계에서는 슈완세포(schwann cell)가 뉴런의 축색을 감아 축색의 세포막을 절연시키는 한편 중추신경세포에서는 올리고덴드로사이트가 축색을 감아 절연기능을 한다. 올리고덴드로사이트는 화학적 신호와 환경의 영향으로 전구세포로부터 분화된다. 올리고덴드로사이트의 전구세포를 OPCs(oligodendrocyte pregenitor cells)라고 부른다.
이 OPCs는 최근 저수상세포뿐만 아니라 적절한 환경 아래에서는 성상교세포와 뉴런으로도 분화될 수 있다는 점에서 주목받고 있다. 호주 멜번 소재 플로리 신경과학센터 벤 에머리 (Ben Emery)소장은 성인의 중추신경계에서 마이엘린의 가소성에 대한 최근 연구에서 “다발성 경화증과 같은 탈수초성 질환(demyelinating disorders)에 대한 연구에 새로운 비전을 제시할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
뉴런은 현대 신경생물학에 큰 발전을 가져다줬지만 현재는 뉴런만으로 모든 신경계를 설명할 수 없다는 의견이 있으며, 이에 한계가 있다는 점이 많은 지지를 받고 있다. 뉴런이란 이름이 붙여진 것은 대략 1881년경이다. 뉴런은 인체를 구성하고 있는 여파의 세포와는 다른 특징을 갖고 있어 뉴런이라는 특별한 이름을 갖게 됐다.
뉴런, 축색-수상돌기 시냅스 통해 신호전달
뉴런은 세포체와 거기에서 뻗어 나온 축색(Axon)과 수상돌기(Dendrite)라는 돌기를 갖고 있다. 이들 돌기를 매체로 정보를 주고받으며 뇌의 기본적인 기능을 수행한다. 우리가 물체와의 접촉 등을 통해 자극을 받으면 이 자극은 감각기관에서 전기적 신호로 뉴런에 전해진다.
일반가정에서 전기신호가 전달되기 위해서는 전기선이 필요하듯 신경계도 전기선을 갖고 있다. 이 전기선이 제대로 전기를 전달하기 위해 감싸고 있는 절연체를 마이엘린 수초(myelin sheath)라고 일컫는다.
마이엘린 수초 안에는 전기신호를 전달하는 축색이라는 전기선이 있다. 축색의 끝부분을 시냅스(synapse)라고 한다. 신경계에서 신호전달은 뉴런 내에서는 전위차로 이뤄지지만 뉴런과 뉴런 사이에서는 시냅스를 통한 신경전달물질로 이뤄진다.
글리아, 뉴런 영양분 공급 등 가정주부 역할 인식
전기적 신호를 만들어내는 뉴런 이외에 전기신호를 만들어내지 않으면서 뇌세포의 85%를 구성하고 있는 또 다른 뇌세포를 글리아(Glia)라고 일컫는다. 글리아는 그간 뉴런을 보조하는 세포로 간주됐다.
이를테면 뉴런에 영양분을 제공하고 뇌손상에 반응하며 신호전달과정에서 부산물로 남는 신경전달물질을 청소하는 등 이른바 ‘가정주부’ 역할이다. 가정주부 역할은 뉴런의 학습, 인지, 기억 등의 역할에 비해 상대적으로 부차적인 기능으로 인식돼 그간 글리아는 신경과학계에서 큰 주목을 받지 못했다.
이런 가운데 과학저널 ‘사이언스’는 11월5일자 ‘Current Issue’란에 글리아의 기능을 조명하면서 글리아 연구에 대한 새로운 시각을 제시했다. 글리아는 그 기능에 따라 크게 3가지 세포로 나눠진다. 성상교세포(Astrocyte), 올리고덴드로사이트(oligodendrocyte), 마이크로글리아(microglia)가 바로 그들이다.
성상교세포(Astrocyte)는 별 모양처럼 생긴 외형에서 이름이 유래했다. 뉴런과 뉴런 사이의 공간을 채우며 기본적으로 뉴런에 에너지를 제공한다. 성상교세포는 뉴런이 생존하고 전기적 파장을 만들며 시냅스를 통해 신호를 전달할 있도록 뉴런 주위의 화학적 환경을 조성한다.
성상교세포는 최근 시냅스 생성, 성숙 등에 관여한다는 점이 밝혀지면서 주목을 받기 시작했다. 성상교세포는 신경전달물질을 수용할 수 있는 수용체를 갖고 있어 시냅스에서 전달되는 신경전달물질에 반응할 수 있다. 성상교세포는 다른 성상교세포와 서로 신호를 전달받으며 뉴런 사이의 정보전달을 조절하기 위해 멀리 떨어진 시냅스로부터의 신경전달물질도 주고받을 수 있다.
성상교세포, 신경전달물질 분비 조절
미 메사추세츠대 마크 프리먼(Marc Freeman) 교수는 “시냅스의 신경전달물질 농도를 조절할 수 있는 성상교세포의 기능은 정신질환 치료의 새로운 대안이 될 수 있다”고 말했다. 현재 개발된 거의 모든 정신질환 치료제는 신경전달물질의 분비량을 조절하는 것이 기본 원리이다. 그런데 바로 이 정신질환 치료제가 하고 있는 신경전달물질의 조절 기능은 기실 성상교세포의 입장에서는 일반적인 일이기 때문이다.
마이크로글리아는 뇌의 면역세포로 불린다. 인체에서 특이하게도 뇌는 뇌의 특이성으로 혈액으로부터 격리돼있는 구조를 갖고 있다. 뇌와 혈액 사이에는 일종의 벽이 형성돼 있으며 이 벽은 혈액과 뇌사이의 자유로운 세포 이동을 방지한다. 때문에 외부의 적으로부터 인체를 방어하는 면역세포의 출입도 통제된다.
이런 이유로 뇌는 특별한 면역세포를 갖도록 진화했는데 마이크로글리아가 바로 그러한 역할을 담당한다. 마이크로글리아는 세균을 찾아내서 죽이는 역할을 하며 뇌손상으로부터 뇌를 치유하는 기능을 한다. 마이크로글리아는 뇌질환과 치유에 직접적으로 관여하는 뇌의 개인 친위부대인 셈이다.
마이크로글리아, 신경회로 복구 과정 참여 가능성
호주 시드니대 마누엘 그래버(Manuel Graeber) 교수는 “알츠하이머와 같은 뇌질환에서 마이크로글리아가 복구과정에 참여한다는 점은 정상 뇌의 신경회로에서 마이크로글리아가 비슷한 방식으로 복구과정에 참여할 수도 있다는 점을 의미한다”고 말했다.
마이엘린은 신경전달과정에서 절연체 역할을 한다. 뉴런은 축색, 수상돌기 등 신경섬유를 통해 매우 빠른 속도로 전기신호를 전달하는데 이 전기신호 전달과정에 마이엘린이 중요한 역할을 한다. 초기 액손이 마이엘린으로 둘러싸이게 되면 신경섬유를 통한 전기신호 전달의 속도는 대략 50배 이상 증가한다.
뇌와 척수로 이뤄진 중추신경계에서 마이엘린은 문어모양으로 축색 주위를 150겹으로 둘러싸고 있다. 뇌의 어떤 영역은 마이엘린으로 절연된 수백만의 축색으로 구성돼있다. 이 마이엘린이 뇌를 하얗게 둘러싸고 있다고 해서 뇌의 이 부분을 특별히 ‘백질’이라고 부른다. 뇌 조직은 크게 백질과 회질로 구성돼있다.
전통적으로 마이엘린 연구는 다발성 경화증과 같은 탈수초성 질환에 초점이 모아졌다. 하지만 최근의 뇌 이미지 연구 및 마이엘린이 축색의 전기신호를 감지한다는 연구보고는 학습 과정에서 백질이 변한다는 점을 밝혔다. 백질변화는 새로운 기술을 학습한 이후 뇌 이미지를 통해 확인할 수 있다. 예를 들어 컴퓨터 게임을 한다든가 골프를 배운다든지 독서, 피아노 등의 활동 등이다.
올리고덴드로사이트, 다발성 경화증 치료 정신질환 새 비전 제시
인간의 뇌와 관련해 놀라운 일 중 하나는 아이 때부터, 사춘기, 그리고 매우 느린 속도로 성인 초기까지 마이엘린을 지속적으로 만든다는 점이다. 50세 이후 마이엘린은 자연스런 노화과정에 따라 인지기능이 점차 퇴보하는 것에 보조를 맞춰 점점 소멸되기 시작한다. 메릴랜드대 R 더글라스 필드(R Douglas Fields) 교수는 “마이엘린 연구를 통해 시냅스 이면의 신경전달과정에 대해 대한 새로운 성과를 기대할 수 있을 것”으로 전망했다.
말초신경계에서는 슈완세포(schwann cell)가 뉴런의 축색을 감아 축색의 세포막을 절연시키는 한편 중추신경세포에서는 올리고덴드로사이트가 축색을 감아 절연기능을 한다. 올리고덴드로사이트는 화학적 신호와 환경의 영향으로 전구세포로부터 분화된다. 올리고덴드로사이트의 전구세포를 OPCs(oligodendrocyte pregenitor cells)라고 부른다.
이 OPCs는 최근 저수상세포뿐만 아니라 적절한 환경 아래에서는 성상교세포와 뉴런으로도 분화될 수 있다는 점에서 주목받고 있다. 호주 멜번 소재 플로리 신경과학센터 벤 에머리 (Ben Emery)소장은 성인의 중추신경계에서 마이엘린의 가소성에 대한 최근 연구에서 “다발성 경화증과 같은 탈수초성 질환(demyelinating disorders)에 대한 연구에 새로운 비전을 제시할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
- 이성규 객원기자
- henry95@daum.net
- 저작권자 2010-11-10 ⓒ ScienceTimes
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